JP4628256B2 - 透明体の内面検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばペットボトルの口部などのように、外面（外周面）にねじ部のような凹凸を有し、内面（内周面）が滑らかな光沢面である透明体における、当該内面の傷や付着物を検出するための内面検査方法等に関するものである。

ワーク（製品）における光沢面上の傷や付着物といった欠陥を検出する場合、ローアングルで指向性の強い光（以下ローアングル光）をワークに照射して、その光が正反射する方向以外の方向（例えば前記光沢面に対し垂直な方向）から当該光沢面を観測するようしている（特許文献１図３等）。このようにすれば、欠陥のある部分でのみ光が散乱して光って見えることから、欠陥を検出することができる。
特開平１０−２１７２９号公報

ところが、ペットボトルの口部などのように、外周面にねじ部のような凹凸を有する透明体においては、その内周面の欠陥検査は非常に難しい。

その大きな要因としては、照射した光の一部が内周面を透過して外周面に到達し、その凹凸で光が散乱することが挙げられる。この光がノイズ光となって、欠陥で散乱した欠陥散乱光との区別がつかなくなるのである。

また、付帯的な要因として、ペットボトル等の瓶類では、生産ライン上でのリアルタイム検査、すなわちインライン検査が必要である点が挙げられる。この種の検査では、ライン上を次々搬送されてくる最中での検査が望まれており、一つ一つを検査する時間が極めて限られてしまう。また、魚眼レンズ等を有した撮像装置を前記口部に近接させて撮像する必要があるため、検査光を照射する検査光照射装置の設置スペースや構造も限られてしまう。こういったことから前述した欠陥検査の難易度がさらに高まるのである。

これに対し、従来は、前記凹凸での散乱光が、特に周囲が暗い場合に強調されることから、それを抑制すべく、例えばペットボトルの底に白いシートなどを敷くような工夫をしたうえで、魚眼レンズ等により口部内周面を撮像し、その画像にさらに画像処理を加えて、凹凸散乱光の影響を軽減しようとしている。しかし、ライン上に白いシートを敷くといった若干無理のある構成が必要である上に、このようにしても検出精度が大きく向上することはなく、実質的な課題解決に至っていないのが実情である。

そしてこういった問題は、ペットボトルに限られず、外面（外周面）に凹凸を有し、内面（内周面）が滑らかな光沢面である透明体の内面検査に共通する。

そこで本発明は、かかる問題に鑑み、この種の透明体における内面の傷や付着物等を、簡単な無理のない構成で、しかも短時間に精度よく検出することのできる内面検査方法等を提供することをその主たる課題としたものである。

すなわち本発明は、外面に凹凸を有し内面が滑らかな光沢面である透明体の当該内面を検査する方法であって、前記透明体から蛍光が発される波長域の検査光を前記内面に対して斜め方向から照射し、その照射によって生じる当該内面からの蛍光及び散乱反射光を観測することを特徴とする。

このような内面検査方法によれば、蛍光によって透明体全体が一様に薄く光るため、外面凹凸からの散乱光や、外部からの迷光のようなノイズ光が、その蛍光の中に埋もれてコントラストが軽減され、観測におけるそれらノイズ光の影響を大きく軽減して、内面の欠陥を精度良く検出することができるようになる。また付着物があるところは蛍光が阻害されて暗くなるため、付着物の検出が容易になるという効果をも奏する。

特に本発明の効果が顕著なるのは、外周面に凹凸を有し内周面が滑らかな光沢面である筒状透明体の当該内周面を検査する場合である。

具体的には、飲料用の透明ペットボトルなど、凹凸が前記筒状透明体の一端開口部における外周面に設けられたねじ部であるものにおいて、本発明の大きな需要がある。

前記検査光が紫外光であれば散乱率が高く、前記傷等からの散乱光強度が強くなるうえ、透明体に蛍光を生じさせやすいため、検査精度を向上させることができる。

内周面を撮像する場合は、例えば筒状体の一端開口部に望むように、撮像装置の魚眼レンズ等を配置するため、この撮像の邪魔にならず、しかも筒状体の底板での検査光の移り込みなどを抑制する必要がある。これらを好適に実現できる検査光の射出態様としては、前記検査光の光軸を、側方から見て前記筒状透明体の中心軸に対し所定角度傾斜させるとともに、平面方向から見て前記中心軸を通らない角度に設定し、前記筒状透明体の内部に入射した検査光が、当該筒状透明体の内周面で複数回反射しつつスパイラル状に進行するようにしているものを挙げることができる。

また本発明は、前記筒状体の一端開口部の周囲に間欠的に配置され、前記筒状透明体から蛍光を発させる波長域の検査光をそれぞれ射出する複数の光源を備えてなり、それら検査光の光軸が、側方から見て前記筒状透明体の中心軸に対し所定角度傾斜しているとともに、平面方向から見て前記中心軸を通らない角度に設定され、前記筒状透明体の開口部から入射した検査光が、当該筒状透明体の内周面で複数回反射しつつ反開口部側に向かってスパイラル状に進行するように構成されていることを特徴とする内周面検査光照射装置である。

このようなものであれば、上述した種々の効果に加え、前記内周面により均一に検査光を照射することができるうえ、簡単な構造でコンパクト化を無理なく図ることができる。

前記光源は、指向性、寿命、光度安定性、操作性、スイッチング特性、応答速度等の観点からＬＥＤであることが好ましい。

このように本発明によれば、外面（外周面）にねじ部のような凹凸を有し、内面（内周面）が滑らかな光沢面である透明体における、当該内面の傷や付着物等を、簡単な無理のない構成で、より確実に検出することが可能になる。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る検査光照射装置１は、図１、図２に示すように、円環状をなすケーシング２と、そのケーシング２の内周部に例えば等間隔で配置した複数の光源たるＬＥＤ３と、それらＬＥＤ３をケーシング２との間に介在して支持する基板５及び台座６とを備えたものであり、後述する撮像装置７や、画像処理装置（図示しない）とともに、透明体であるペットボトル４の口部４１における内周面４１ａの検査システムを構成する。なお、このペットボトル口部４１は、周知の如く、概略円筒形状をなし、その外周面４１ｂには、蓋（図示しない）を取り付けるためのねじ部４２が設けられている。またその内周面４１ａは光沢面である。

次に前記検査光照射装置１につき、詳述する。

ケーシング２は、例えば金属製のもので、図１、図２に示すように、内周面に開口する保持溝２ａを有している。より具体的にこのケーシング２は、中心孔２ｂを形成する円環状の本体２１と、断面が概略Ｌ字型をなし前記本体２１の側周部に取り付けられて、前記本体２１との間で前記保持溝２ａを形成する円環蓋部２２とを備えている。

ＬＥＤ３は、例えば砲弾形状をなすもので、紫外領域の検査光Ｌを射出する。この検査光Ｌは、ペットボトル４に照射されると、これを励起して蛍光を生じせしめる帯域の光である。検査光Ｌの指向特性（光軸の光度に対し、その値が半値以上になる光の拡がり角度）は、中程度から高程度のもの、例えば２０度以下が望ましく、効率等を考慮すれば、５度〜１５度程度のものがより好ましい。

基板５は、フレキシブルプリント配線基板であり、前記ＬＥＤ３が搭載される。この基板５は、平面状態では、特に図３に示すように一定幅の部分円弧状をなす。そして前記ケーシング２の保持溝２ａに嵌め込んで湾曲させ、その一方の端辺５ａと他方の端辺５ｂとを互いに近接又は当接させることにより、この基板５が切頭円錐形状となるように構成してある。

なお、ケーシング２や基板５は、できるだけ反射が起こらないつや消し黒色等の非反射面にしておくことが好ましい。

台座６は、図４、図５にも示すように、前記基板５とＬＥＤ３との間に介在してＬＥＤ３の基板５に対する取付角度を規定するもので、例えば樹脂や熱伝導性のよい絶縁体（窒化アルミニウム等）で形成してある。そして、基板５に接する側の一端面６ａが当該台座６の軸線６ｃに対して斜めに傾斜し、ＬＥＤ３が搭載される側の他端面６ｂが軸線６ｃに垂直な円柱状をなす。この台座６には、軸線６ｃに平行に貫通する挿通孔６１、６２が複数設けてあり、ＬＥＤ３のリード線３２をこの挿通孔６１、６２に略がたなく挿通させることができるようにしてある。この挿通孔６１、６２の形成位置と前記一端面６ａの傾斜方向とは、一定の相対関係が保たれるように構成している。挿通孔６１、６２は、ＬＥＤ３の２本のリード線３２を挿通させるべく、軸線６ｃを中心として点対称の位置に一対が設けてある。本実施形態では、この対をなす挿通孔６１、６２が複数箇所（例えば、２箇所）に設けてあり、どの挿通孔６１、６２を用いるかでＬＥＤ３の取付位相角度を選択できるようにしている。つまり、２本のリード線３２を第１の挿通孔６１に貫通させた場合と、第２の挿通孔６２に貫通させた場合とで、ＬＥＤ３の取付位相角度を９０度異ならせることができるようにするとともに、これら挿通孔６１、６２の配置構成により、３本乃至４本のリード線を有したＬＥＤをも取り付け得るようにしている。

次に、この検査光照射装置１の組み立て方法について説明する。

まず、ＬＥＤ３のリード線３２を台座６の例えば前記第１の挿通孔６１に貫通させて、ＬＥＤ３を台座６に搭載しておく。その一方で平面状態に保持した前記プリント配線基板５の図示しないスルーホールに、台座６の一端面６ａから飛び出たＬＥＤ３のリード線３２を貫通させ半田付けする。このようにして、基板５上に複数のＬＥＤ３を、それぞれ台座６を介して取り付け、各ＬＥＤ３を、基板面に垂直な方向に対して傾斜した一定の方向に向かせて搭載する。なおこの実施形態ではＬＥＤ３は１列に配列している。

次に、基板５の一方の端辺５ａと他方の端辺５ｂとを、ＬＥＤ３が内側を向くように接合または近接させて湾曲させる。このことにより、該プリント基板５は必然的に切頭円錐型となり、その内面が切頭円錐凹面となって、そこにＬＥＤ３が配置されることとなる。

その後、このＬＥＤ３が搭載された基板５を、ケーシング本体２１の保持溝２ａに嵌め込み、環状蓋部２２を取り付けることで、組み立てを終了する。

完成品において、各ＬＥＤ３の光軸（検査光Ｌの光軸）方向は、側方、すなわちケーシング２の中心軸Ｃと直交する方向から見て当該中心軸Ｃに対し所定角度傾斜するとともに、平面方向、すなわち前記中心軸Ｃと同方向から見て当該中心軸Ｃを通らないような角度、すなわち接線方向成分を含むような角度に設定される。

次に、このように構成された検査光照射装置１を用いて、前記ペットボトル４の口部内周面４１ａを検査する方法について述べる。

まず、検査光照射装置１を、ペットボトル４と軸を合致させて、その口部４１の上方に設置する。より具体的には、各ＬＥＤ３が、前記口部４１よりやや上方でその外側周囲に配置されるようにする。そして撮像装置７（ＣＣＤカメラ等）のレンズ部７１を、前記口部４１の直上であって前記光照射装置１の中央孔２ｂに臨む位置（中央孔２ｂ内に入り込んでも良い）に配置する。

次に、ＬＥＤ３を点灯する。各ＬＥＤ３から出た検査光Ｌは、前記口部４１の先端からペットボトル４の中に入って、当該口部４の内周面４１ａに斜めに照射され、複数回（具体的には３〜４回以上）反射しつつ底に向かってスパイラル状に進行する。また反射せず、口部４１の周壁内に入った検査光Ｌは、そこでペットボトル４の素材（ＰＥＴ）を励起し、検査領域である口部４１のほぼ全体が一様に薄く光るような、蛍光を生じせしめる。

このような状態のもと、口部４１の内周面４１ａを撮像装置７で撮像し、コントラストや明度調整などの画像処理を施すと、口部４１に設けられたねじ部４２などからの散乱光や、外部からの迷光のようなノイズ光が、前記蛍光の中に埋もれてコントラストが軽減される。

その結果、内周面４１ａに存在する傷等からの散乱光のみを抽出してこれを精度良く検出することができるようになる。また、付着物があるところは蛍光が阻害されて暗くなるため、付着物の検出が容易になるという効果をも奏する。

さらに、検査光Ｌは、複数回反射しながらスパイラル状に底に向かって進行するため、その間における減衰と散乱により、検査光Ｌのペットボトル底板での映り込みや陰影をも可及的に排除できる。

そして、例えば、本検査光照射装置１を用いて得られた画像（図示しない）と、従来のリング照明等を行った場合に得られる画像（図示しない）とを比較した場合、従来のものでは異物や傷がほとんど判別できないのに対し、この実施形態の検査光照射装置１によるものでは、傷等の凹凸を明るい輝点として、また付着物を黒い陰として認識可能となる。

また検査光Ｌが、可視光に比べ散乱率の高い紫外光であるため、前記傷等からの散乱光強度が強くなって、コントラストを高めることができ、検出精度を向上させることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、光源はＬＥＤに限られないし、光ファイバ等のライトガイドを介して検査光を射出するようにするなどしてもよい。又、紫外光に限られず、状況によっては可視光等でも使用可能である。

さらに、光源は必ずしも複数必要ではなく、１つでも構わないし、各検査光が、互いに異なる角度、方向に進行するようにしてもよい。検査対象もペットボトルの口部に限られず、要は外面に凹凸があり内面が光沢面である透明体であればよい。また、透明体は無色の他、色つきのものも含まれる。

その他、本発明は前記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での種々の変形が可能である。

本発明の第１実施形態における検査光照射装置の全体を示す側断面図。 同実施形態における検査光照射装置の全体を示す模式的平面図。 同実施形態における基板の平面状態を示す平面図。 同実施形態における台座の斜視図。 同実施形態の台座の軸線方向からみた平面図。

符号の説明

１…検査光照射装置
３…光源（ＬＥＤ）
４…透明体（ペットボトル）
４１…開口部（口部）
４１ａ…内周面（内面）
４１ｂ…外周面（外面）
４２…凹凸（ねじ部）
Ｌ…検査光

Claims (6)

1. 開口部における外周面に凹凸を有し、当該開口部の内周面が滑らかな光沢面である筒状透明体の当該内周面を検査する方法であって、前記筒状透明体から蛍光が発される波長域であって、かつ、光軸の光度に対し、その値が半値以上になる光の拡がり角度が２０度以下の検査光を、前記内周面に対し斜め下方向に向けて照射し、その照射によって生じる当該内周面からの蛍光及び散乱反射光を、前記開口部を望む位置に配置した撮像装置により撮像し、コントラスト調整又は明度調整を含む画像処理を施して観測するものであり、
   前記検査光の光軸を、側方から見て前記筒状透明体の中心軸に対し所定角度傾斜させるとともに、平面方向から見て前記中心軸を通らない角度に設定し、前記筒状透明体の内部に入射した検査光が、当該筒状透明体の内周面で複数回反射しつつスパイラル状に進行するようにしていることを特徴とする内周面検査方法。
2. 前記検査光が、前記筒状透明体を励起しつつ前記内周面で反射しながら前記筒状透明体の底に向かって進行し、その間の減衰により、前記検査光の前記筒状透明体の底での映り込み及び陰影が排除される請求項１記載の内周面検査方法。
3. 前記撮像装置が、魚眼レンズを備えている請求項１又は２記載の内周面検査方法。
4. 凹凸が前記筒状透明体の一端開口部における外周面に設けられたねじ部であり、その一端開口部における内周面に前記検査光を照射するようにしている請求項１、２又は３記載の内周面検査方法。
5. 前記検査光が紫外光である請求項１、２、３又は４記載の内周面検査方法。
6. 筒状透明体がペットボトルである請求項１、２、３、４又は５記載の内周面検査方法。